微弱电流高精度自动测量系统

为了实现辐射探测中对微弱电流信号的实时准确测量,设计了一套微弱电流测量系统。介绍了系统的工作原理,及I-V转换和放大单元的低噪声抗干扰设计、-△模数转换技术和单片机程序的设计。系统通过USB与计算机进行通信,计算机应用软件可以完成采集频率和量程控制、数据处理、显示和存储等功能。经过验证,该系统能满足10-13~10-3 A的大动态微弱电流测量,分辨力为四位半, 能自动量程判断,具有较高的精度和稳定性,已成功应用于辐射探测实验。     

抽运-检测型原子磁力仪对电流源噪声的测量

用于在宽量程范围内标定原子磁力仪的灵敏度的复现磁场通常由精密电流源和标准线圈产生,电流源噪声将直接影响原子磁力仪在宽量程范围内标定的灵敏度.本文基于抽运-检测型原子磁力仪首先提出抑制复现磁场漂移的磁补偿方法,其次开展宽量程范围内电流源的噪声和原子磁力仪的灵敏度之间依赖关系的研究.研究结果表明,抽运-检测型原子磁力仪的灵敏度主要由电流源噪声决定,因此可用特定磁场下的灵敏度估算电流源在对应输出电流条件下的电流噪声.本文研究对弱磁传感器灵敏度指标的标定、高精度电流源的研制、磁感应强度计量和电流计量的协同发展都具有参考价值.     

基于PAC1921的宽范围高端电参数检测系统设计

针对电源管理、工业自动化等自动控制领域对高端电参数检测精度高、范围宽的要求,设计了一个基于PAC1921高端电流功率传感器的宽范围高端电参数检测系统;该系统根据测量结果自动对增益进行配置,使测量档位的测量范围与实际值匹配,从而保证设计的检测系统具有宽的测量范围的同时能够保证测量精度;实验结果表明系统能对高端0~20 A,0~32 V,0~640 W范围的电参数进行测量,数据采集稳定,精度高,可以为高端宽范围的电参数测量提供参考,具有一定的使用价值。     

基于双LED光源积分球的硅探测器宽动态范围响应线性定标

介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统,系统以光通量叠加为基础,通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据,在2.2×10-6~0.57A的LED注入电流调节范围内,标定了硅探测器响应电流在3.92×10-11~10-2 A范围内近9个量级的线性。实验结果表明,硅探测器在9个量级的动态范围内测量时探测器非线性引入的误差可达0.23%,通过非线性修正因子对其测量值进行修正很有必要,并给出了非线性修正因子,其数值范围为1~1.0023。分析了测量结果的测量不确定度,列出影响系统测量精度的因素,并定量分析了LED光源的光谱漂移对系统测量精度的影响。给出了线性测量系统的相对合成不确定度,硅探测器响应电流范围分别为39.2pA~0.326nA、0.326~81.6nA、81.6nA~20.4μA、20.4μA~10.2 mA时的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。结果表明该系统可以用于高精度硅探测器的宽动态范围响应线性定标。     

中能质子注量率测量

质子是太空辐射环境中的主要粒子成分,随着半导体工艺向着小尺寸高集成度方向不断发展,质子单粒子效应不容忽视.通过加速器模拟空间辐射进行地面实验是评价质子单粒子效应最重要的手段,质子注量率的准确测量是器件考核评估过程中最关键的环节.本文基于原子能院100MeV质子单粒子效应辐照装置,突破了宽量程中能质子注量率测量技术,开发了法拉第筒、塑料闪烁体探测器和二次电子发射监督器等探测工具,可以对束流进行宽量程范围准确测量,解决了质子注量率在10~6—10~7 p·cm^-2·s^-1范围内难以测量的关键难题,并进行了注量率不确定度的分析研究,同一注量率下法拉第筒和塑料闪烁体探测器的实验测量误差与理论分析误差相符.对中能质子注量率测量达到了国际同类装置水平.该研究建立的中能质子注量率测量系统和不确定度分析方法,为准确评估元器件辐射效应奠定了基础.     

高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱技术

建立了一套以分布反馈式(DFB)激光器为光源的高灵敏度连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统利用DFB激光器的电流调谐特点使激光在衰荡腔内谐振,利用其电流调制的特点实现入射光的关断,进行衰荡测量.对标准具效应消除前后的系统进行了测试,结果表明,前后系统等噪声探测灵敏度分别为2.56×10-7cm"和1.27×10-8 cm-1.以衰荡腔的纵模间隔为扫描步长对6591.43 cm-1处N2O的氮气加宽线宽系数进行了测量,测量结果分别为0.0819 cm-1和0.0808 cm-1,对测量结果与HITRAN2004数据库中参数间的差别进行了讨论.     

不同顺序中子/γ辐照对双极器件电流增益的影响

利用CFBR-Ⅱ快中子反应堆(中国第二座快中子脉冲堆)和60Co装置开展不同顺序的中子/γ辐照双极晶体管的实验。在集电极-发射极电压恒定条件下,测量了双极晶体管电流增益随集电极电流的变化曲线,研究不同顺序中子/γ辐照对双极晶体管电流增益的影响。分析实验结果发现,集电极-发射极电压一定时,集电极电流极低情况下电流增益退化比较大,随集电极电流增加电流增益逐渐减小;就实验选中的两类晶体管而言,先中子后γ辐照造成双极晶体管电流增益的退化程度大于先γ后中子辐照,而且PNP型晶体管比NPN型晶体管差异更明显。本文进行了双极晶体管电离/位移协同辐照效应相关机理的初步探讨。     

宽面积垂直腔半导体光放大器

在反射模式下,对于970 nm宽面积垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的增益和带宽特性进行了实验研究和分析。当注入电流为57％阈值电流、信号输入功率为0.7 W,取得了24.8 dB的放大,测得的放大器的带宽为0.14 nm。实验中测量的增益值大于理论计算值,这是由于宽面积垂直腔光放大器内存在多个横向模式,每个模式都有相应的放大,所以总的增益大于理论计算的某个模式的增益。这种宽面积垂直腔光放大器不仅可以提高增益,而且还能提高信号光的饱和输入功率。对970 nm宽面积VCSOA的结构进行了优化设计,模拟结果表明,要提高半导体激光器的增益和带宽,可以通过适当降低垂直腔面发射激光器的上DBR的反射率来获得。     

基于复合结构的气体电子倍增器增益模拟和实验研究

气体电子倍增器(GEM)作为高性能的微结构气体探测器在高能物理相关领域内得到了广泛的研究和应用.其中增益是GEM探测器基本性能研究中的一个重要参数,该值的精确测量至关重要.增益的测量一般采用电流测量或者能谱测量方法,但均存在精度较低或者过程繁琐的问题,且无法精确测量低增益值.针对GEM探测器增益的精确测量,本文提出了一种由GEM探测器与微网结构气体探测器(MM)级联构成的复合结构探测器(GEM-MM).利用GEM-MM结构以相对方法实现GEM增益的精确测量.该方法既可以省去传统方法中复杂的电子学标定过程,同时不需要进行原初电离电子数的估算,保证了增益的精确测量,并且可以实现GEM低增益的测量.基于GEM-MM测量GEM增益的原理,本文首先对GEM-MM电荷输运过程进行了模拟研究,优化了合适的工作电压.比较了三种不同类型和配比工作气体下GEM增益模拟结果,并在Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中测量了单层GEM在3—24范围内的有效增益.不同Penning系数下GEM增益的模拟结果表明,Penning系数为0.32时GEM增益的模拟结果与实验测量结果符合得很好.由此可以确定一个大气压下的Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中,Penning系数为0.32±0.01.     

利用半导体增益光谱诠释激光产生机理的实验设计

利用半导体激光增益光谱直观地诠释激光产生的物理机理.设计了一种适合于物理实验教学的测量方法,推导出双侧放大的自发辐射(ASE)光谱与净增益关系的数学表达式,选择简单便于调节和测量的半导体增益介质和实验光路,通过测量激光介质的增益光谱诠释系统增益大于损耗实现光放大的宏观现象,通过不同激励电流下增益的演化趋势诠释粒子数反转数目变化的微观规律.     

基于交流调制技术的弱电流放大器研制

在射线强度测量中,积分电离室输出的电流信号在10–10~10–15 A范围内,该弱电流信号需要转换和放大才可以进行采集。针对积分电离室本文设计了一种弱电流信号放大系统,采用交流调制技术将待测弱直流电流信号调制为交流电压信号,再经放大、相敏检波、滤波等电路处理后得到直流电压信号,最后进行数据采集;同时在系统中引入直流负反馈后缩短了电流测量的响应时间。采用标准电流源测试了系统输入输出线性及响应特性,测试了积分电离室检测氚靶的β射线。测试结果表明:该系统能够有效放大10–14~10–11 A范围内的弱电流信号且有较好的线性和响应时间特性,电流测量灵敏度达到了10–14 A,该系统具有良好的工程应用前景。     

微光ICCD参数校准装置的弱光均匀光源系统

在微光ICCD参数校准装置中,为了获得分辨力、信噪比、最低照度及像面均匀性等参数测试中光源输出不同光照度,需要大动态范围积分球微弱光均匀光源。通过对传统的光源结构以及存在的局限性进行分析,根据微光ICCD综合参数测试中对光源照度的不同要求,设计了弱光均匀漫射光源系统。光源系统采用双积分球模式,利用楔形渐变光阑及可变孔径光阑实现在色温恒定下照度的连续变化,形成不同照度范围的均匀漫射光源,对微光ICCD参数校准装置的弱光均匀漫射光源照度输出范围及均匀性进行了测量,得到该光源的出射光照度范围为（10-7～103）lx,出射光照度均匀性优于98%,光源满足微光ICCD性能参数测试的要求。     

电子器件散粒噪声测试方法研究

本文分析了超导量子干涉器(SQUID)和超导-绝缘-超导(SIS)约瑟夫森结散粒噪声测试方法的应用局限性,提出了常规器件的散粒噪声测试方案.针对常规电子器件散粒噪声特性,研究了噪声测试基本条件,并建立了低温测试系统.通过采用双层屏蔽结构和超低噪声前置放大器,实现了较好的电磁干扰屏蔽和极低的背景噪声.在10 K温度下对常规二极管散粒噪声进行了测试,通过理论和测试结果对比分析,验证了测试系统的准确和可信性. 关键词： 散粒噪声 电子器件 噪声测试     

Performance of a dual-stage semiconductor laser amplifier for optical transmission repeater system

The performance of a dual-stage semiconductor laser amplifier consisting of a preamplifier and a power amplifier is evaluated theoretically and experimentally. The dual-stage optical amplifier can offer high-gain amplification with low noise figure by using a low-noise amplifier as a preamplifier. Using the dual-stage amplifier, 2.4 Gbits^–1 193 km optical fibre transmission was demonstrated. In addition, by applying an automatic power control system to the dual-stage amplifier, output power stabilization with wide dynamic range was obtained.     

HL-2M 装置软 X 射线阵列系统前置放大器设计

系统地介绍了 HL-2M 装置上软 X 射线阵列系统的工程概念设计、组成部分、关键工艺和技术研制 等。根据 HL-2M 装置的特点(如高温烘烤,真空室空间不足等),在该系统前置放大器设计中采用了很低的失调电 压和超低的偏置电流的高速宽带放大电路来降低暗电流和噪声,使得系统适用于较长距离传输的光电前置放大场 合,从而首次实现了前置放大器外置于真空室的安装布局。该放大器将大大增强整套软 X 射线阵列系统在高温烘 烤条件下的可靠性。      

强地震的前兆次声波研究

利用在北京昌平安装的次声三点阵,对强地震前兆次声波进行了5年的连续观测。统计分析结果表明:强震前约10天内常能测到振幅很强的前兆次声。其三维动态频谱的特点是,振幅由弱逐渐加强,达到极值后变弱;先为长周期波(10-20分),紧跟着短周期波(5-10分),然后又出现更长的周期波,最后长短周期波一起出现。提前时间与三点阵到震中距离之间没有明显的关系,与震级之间也没有明显的关系。     

Hot-film anemometry for measuring lateral line stimuli

A hot-film anemometer system has been calibrated and evaluated for the measurement of sinusoidal water motions used in stimulating the mechanosensory lateral line system of a teleost fish. The response of the anemometer system to water motions created by a vibrating sphere was measured over a wide range of frequencies, intensities, and distances from the sphere. The amplitude response of the system to signals along the axis of sphere vibration was found to be linear over a 50-dB range for frequencies from 10-200 Hz, with the lowest end of the dynamic range (between 10(-8) and 10(-9) m) corresponding to physiological measures of best sensitivity in the lateral line system of the mottled sculpin, Cottus bairdi. The measured attenuation of the signal with distance was also linear over this frequency range out to distances of six times the radius ( = 3 mm) of the sphere and followed the predicted falloff rate for a dipolar source. The linear response of the anemometer system over a wide dynamic range encompassing the detection range of the lateral line system, and the match between predicted and measured motions at varying distances from a dipolar source, indicates that hot-film anemometry is a useful technique for measuring low-level, low-frequency signals likely to stimulate the lateral line system and other hydrodynamic detectors.     

Search for a new gauge boson in electron-nucleus fixed-target scattering by the APEX experiment

We present a search at the Jefferson Laboratory for new forces mediated by sub-GeV vector bosons with weak coupling α' to electrons. Such a particle A' can be produced in electron-nucleus fixed-target scattering and then decay to an e + e- pair, producing a narrow resonance in the QED trident spectrum. Using APEX test run data, we searched in the mass range 175-250 MeV, found no evidence for an A'→ e+ e- reaction, and set an upper limit of α'/α ~/= 10(-6). Our findings demonstrate that fixed-target searches can explore a new, wide, and important range of masses and couplings for sub-GeV forces.